Auslandsfassunginternational version
Beschreibungdescription
Leiterplatte mit optischen Lagen aus GlasPrinted circuit board with optical layers made of glass
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft Leiterplatten mit sowohl elektrischen als auch optischen Leitern.The invention relates to printed circuit boards with both electrical and optical conductors.
Stand der TechnikState of the art
Für zukünftige Informations- und Kommunikationsgeräte ist es wünschenswert, über Leiterplatten zu verfügen, die sowohl elektrische als auch optische Verbindungen zwischen den Komponenten zulassen. In der europäischen Patentanmeldung EP 0 598 966 AI werden optische Wellenleiter dargestellt, wobei in Sp.6 Z.51-56 solche mit Gradientenstruktur angesprochen und im folgenden verschiedene Geometrien dargestellt werden. Hinweise zur Herstellung solcher optischer Wellenleiter werden in dem dort genannten Stand der Technik nicht aufgeführt. Einen Überblick über den Stand der Technik auf dem eingangs ge- nannten Gebiet enthält der Konferenzbericht von E. Griese et.al., Electrical/optical circuit boards: Technology - Design - Modeling, 3rd Int. IEEE Workshop on "Signal Propagati- on on Interconnects", Titisee-Neustadt 1999.For future information and communication devices, it is desirable to have circuit boards that allow both electrical and optical connections between the components. In the European patent application EP 0 598 966 AI optical waveguides are shown, those in column 6 lines 51-56 addressing those with a gradient structure and different geometries are shown below. Notes on the production of such optical waveguides are not listed in the prior art mentioned there. The conference report by E. Griese et.al., Electrical / optical circuit boards: Technology - Design - Modeling, 3rd Int. IEEE Workshop on "Signal Propagation on Interconnects", Titisee-Neustadt 1999.
Bislang wird dabei vorgeschlagen, die optischen Leiter ausSo far, it has been proposed to make the optical conductors
Polymeren herzustellen, da diese leicht und in vielen Varianten verarbeitbar sind. Allerdings gibt es Probleme bei der Integration in herkömmliche Leiterplatten, da diese beispielsweise bei der Laminierung Temperaturen von 165°C und Drucken von 28kp/cm2 ausgesetzt werden, so daß die polymeren Lichtleiter verformt und beschädigt werden können.Manufacture polymers because they are light and can be processed in many variants. However, there are problems with the integration into conventional printed circuit boards, since these are exposed to temperatures of 165 ° C. and pressures of 28 kp / cm 2 during lamination, for example, so that the polymeric light guides can be deformed and damaged.
Eine Verwendung von optischen Leitern aus Glas jedoch würde eine große Anzahl von Vorteilen bringen.
In der Übersetzung DE 691 15 276 T2 der europäischen Patent¬ schrift EP 0 536 312 Bl wird eine Herstellung von optischen Wellenleitern auf metallischen Substraten beschrieben, indem auf das die elektronischen Komponenten bereits umfassende, metallische oder keramische Substrat zunächst eine temperaturunempfindliche Zwischenschicht aufgetragen wird. Hernach werden zwei Glasschichten darauf abgelagert, wobei die äußere Schicht die optischen Leiter umfaßt und die innere Schicht als Wellenleitermantelschicht dient. Eine Anwendung auf kon- ventionelle Leiterplatten, beispielsweise aus Epoxy-Harzen, erscheint nicht ohne weiteres möglich. Zudem bildet die Glasschicht mit den Wellenleitern eine der beiden fertigen Oberflächen, so daß diese ungeschützt sind. Ferner wird für die Herstellung eine Einrichtung benötigt, mit der Glasschichten additiv aufgebracht werden können. Die Verwendung vorbereiteter planarer Gläser ist nicht möglich.However, using glass optical guides would bring a large number of advantages. In the translation DE 691 15 276 T2 of the European patent ¬ EP 0536312 Bl describes a fabrication of optical waveguides on metallic substrates by the electronic components already extensive, metallic or ceramic substrate is first applied a temperature-insensitive intermediate layer on the. Two layers of glass are then deposited thereon, the outer layer comprising the optical conductors and the inner layer serving as a waveguide cladding layer. Use on conventional printed circuit boards, for example made of epoxy resins, does not appear to be possible without further ado. In addition, the glass layer with the waveguides forms one of the two finished surfaces, so that they are unprotected. Furthermore, a device is required for the production with which glass layers can be applied additively. It is not possible to use prepared planar glasses.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Leiterplatten mit optischen Lagen aus Glas anzugeben, die wesentlich weniger auf- wendig zu fertigen sind, für Leiterplatten mit Kunstharzen als Träger geeignet sind und die oben genannten Nachteile vermeiden.The object of the invention is to provide printed circuit boards with optical layers of glass which are considerably less complex to manufacture, are suitable for printed circuit boards with synthetic resins as supports and avoid the disadvantages mentioned above.
Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem optische Lagen aus Flachgläsern verwendet werden, in denen durch Zonen unterschiedlicher optischer Dichte Lichtleiter gebildet werden. Diese werden durch Diffusion, wie sie beispielsweise in dem Artikel von L. Roß, Integrierte Optik in Gläsern, Fachausschußbericht Nr. 74 der Deutschen Glastechnischen Gesell- schaft dargestellt ist. Damit ist es möglich, einen einerThe invention solves this problem by using optical layers made of flat glass, in which light guides are formed by zones of different optical density. These are represented by diffusion, as described, for example, in the article by L. Roß, Integrated Optics in Glasses, Technical Committee Report No. 74 of the German Glass Technology Society. So it is possible to get a one
Gradientenfaser entsprechenden Lichtleiter in optischen Lagen zusammen mit elektrischen Lagen herzustellen, ohne einzelne optische Leiter anlegen und assemblieren zu müssen.To produce optical fibers corresponding to gradient fibers in optical layers together with electrical layers, without having to create and assemble individual optical conductors.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den bei-
gefügten Zeichnungen die Erfindung an Hand eines Ausführungs- beispiels erläutert.Further features and advantages of the invention result from the following description, which in connection with the two attached drawings, the invention is explained using an exemplary embodiment.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Leiterplatte mit elektrischen und optischen Leitern gemäß der Erfindung,1 shows a cross section through a printed circuit board with electrical and optical conductors according to the invention,
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform gleichfalls als Querschnitt, undFig. 2 shows an alternative embodiment also as a cross section, and
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform gleichfalls im Querschnitt.Fig. 3 shows another embodiment also in cross section.
Beschreibung einer Ausführungsform der ErfindungDescription of an embodiment of the invention
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Leiterplatte gezeigt, bei dem verschiedene Lagen sichtbar sind'. Die Darstellung ist, wie auch die anderen Fig., zugunsten der besseren Übersichtlichkeit weder vollständig noch maßstabsgerecht. Der Querschnitt ist senkrecht zu der Laufrichtung der dargestell- ten optischen und elektrischen Leiter.1 shows a cross section through a printed circuit board, in which different layers are visible '. For the sake of clarity, the representation, like the other figures, is neither complete nor to scale. The cross section is perpendicular to the running direction of the optical and electrical conductors shown.
Die Leiterplatte nach Fig. 1 zeigt eine isolierende Lage 10, eine gemäß der Erfindung gestaltete und im folgenden genauer beschriebene optische Lage 20, eine optische Decklage 30, ei- ne isolierende Lage 40 und eine elektrische Lage 50. In der elektrischen Lage 50 sind elektrische Leiter 51, 52 und 53 angedeutet, die nach bekannten Verfahren additiv oder sub- traktiv aufgebracht werden. Von dieser Art können mehrerer Lagen vorhanden sein. Gleichfalls können die isolierenden La- gen 40 und 10 durch elektrische Leiter entsprechend ergänzt sein bzw. auf die Lage 40 weitere Lagen mit elektrischen Leitern aufgebracht sein.1 shows an insulating layer 10, an optical layer 20 designed according to the invention and described in more detail below, an optical cover layer 30, an insulating layer 40 and an electrical layer 50. In the electrical layer 50 there are electrical ones Conductors 51, 52 and 53 are indicated, which are applied additively or subtractively by known methods. Several layers of this type can be present. Likewise, the insulating layers 40 and 10 can be supplemented accordingly by electrical conductors, or further layers with electrical conductors can be applied to the layer 40.
Die optische Lage 20 ist eine dünne (z.B. 0.5 mm dicke) Glasplatte, in der ein optischer Leiter 22 dadurch gebildet
wird, daß durch einen bekannten Diffusionsprozeß Ionen in das Glas eingebracht werden, die dessen optische Dichte erhöhen. Weitere Hinweise zu dem diesbezüglichen Stand der Technik findet sich in dem Artikel von L. Roß: Integrierte Optik in Gläsern, in: Integrierte Optik, Fachausschußbericht Nr. 74, Deutsche Glastechnische Gesellschaft.The optical layer 20 is a thin (eg 0.5 mm thick) glass plate in which an optical conductor 22 is formed is that ions are introduced into the glass by a known diffusion process, which increase its optical density. Further information on the relevant state of the art can be found in the article by L. Roß: Integrated Optics in Glasses, in: Integrated Optics, Technical Committee Report No. 74, Deutsche Glastechnische Gesellschaft.
Die Herstellung einer solchen Glasplatte geht von einer dünnen Glasplatte aus, die mit bekannten Verfahren hergestellt und z.B. von der Firma Schott angeboten wird. Wichtig ist eine optisch homogene Struktur. Um diese Glasplatte handhaben zu können, kann beispielsweise Träger aus Edelstahl verwendet werden, an dessen Oberfläche eine Vielzahl von Kanälen endet, die mit einer Vakuumpumpe verbunden sind.The manufacture of such a glass plate is based on a thin glass plate which is produced using known methods and e.g. is offered by the Schott company. What is important is an optically homogeneous structure. In order to be able to handle this glass plate, supports made of stainless steel, for example, can be used, on the surface of which a large number of channels which are connected to a vacuum pump end.
Auf diese Glasplatte wird mit üblichen Verfahren, d.h. durch Siebdruck, Fotolack o.a., eine Maske aufgetragen, die die zu erstellenden optischen Leiterbahnen freiläßt. Diese Maske wird in der Regel nach dem folgenden Schritt entfernt.Conventional processes, i.e. a mask is applied by screen printing, photoresist or the like, which leaves the optical conductor paths to be created free. This mask is usually removed after the following step.
Sodann wird die Oberfläche der Glasplatte mit einer Lösung oder Schmelze benetzt bzw. in diese eingetaucht, in der Ionen gelöst sind, die an den freigehaltenen Stellen in die Glasplatte eindringen. Diese sind so gewählt, daß die optische Dichte, d.h. der Brechungsindex des Glases, dort größer wird als an den abgedeckten Stellen. Mit zunehmender Einwirkungszeit nimmt die Dichte der Ionen und damit der Brechungsindex zu. Abhängig von der Ionenart und anderen Prozeßparametern kann dabei entweder eine relativ gleichmäßige und homogene Zone oder eine gleichfalls gleichmäßige, aber in Rich- tung der Glastiefe kontinuierlich abnehmende Dichte erreicht werden.The surface of the glass plate is then wetted or immersed in a solution or melt in which ions are dissolved which penetrate into the glass plate at the locations which are kept free. These are chosen so that the optical density, i.e. the refractive index of the glass, there becomes larger than at the covered places. With increasing exposure time, the density of the ions and thus the refractive index increases. Depending on the type of ion and other process parameters, either a relatively uniform and homogeneous zone or an equally uniform but continuously decreasing density in the direction of the glass depth can be achieved.
Auf diese Art und Weise entstehen optische Leiterbahnen in der Glasplatte. Mögliche Mittel zum Anschluß in der fertigen Leiterplatte werden weiter unten dargestellt.
ω CO > t P1 In this way, optical conductor tracks are created in the glass plate. Possible means of connection in the finished circuit board are shown below. ω CO> t P 1
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